2020-01-14
238
| Напряженность граничного режима: | 0,781; |
| Амплитуда коллекторного напряжения: | 14,839 В; |
| Амплитуда n -й гармоники коллекторного тока: | 0,07412 А; |
| Максимальный коллекторный ток: | I к max=0,2912 А; |
| Постоянная составляющая коллекторного тока: | I 0к=0,05941 А; |
| Амплитуда тока возбуждения: | 0,14176 А; |
| Пиковое обратное напряжение эмиттер-база: | -1,12179 В; |
| Напряжение смещения по базе: | E 0б=0,034491 В; |
| Сопротивление автоматического смещения: | 0,580535 Ом; |
| Диссипативная составляющая входного сопротивления: | R 1вх УЧ=5,4957 Ом; |
| Реактивная составляющая входного сопротивления: | X 1вх УЧ=-3,4953 Ом; |
| Коэффициент усиления по мощности: | K УЧ=9,9589; |
| Мощность возбуждения: | 0,0552266 Вт; |
| Мощность, потребляемая от источника питания: | 1,1288 Вт; |
| Электронный КПД: | ηэ=48,72%; |
| Рассеиваемая мощность: | 0,634064 Вт; |
| Диссипативная составляющая сопротивления нагрузки: | R 1вых УЧ=180,013 Ом; |
| Реактивная составляющая сопротивления нагрузки: | X 1вых УЧ=40,34 Ом; |
| Выходная мощность | P вых УЧ=0,55 Вт; |
| Коэффициент умножения | n =2; |
| Угол отсечки | 56,0 |
| Входная частота | f вх=0,25 ГГц; |
| Напряжение питания | E 0=19,0 В. |
4.2.2. расчет элементов принципиальной схемы умножителя частоты
Опираясь на проведенный расчет, получаем:
а) Входная цепь (параллельная схема с автосмещением, рис. 7).
0,579 Ом;
Выбираем R 2: С2-33Н-0,5-0,560 Ом±5%;
R 1вх= R 1вх УЧ=5,495 Ом;
Аналогично вышесказанному:
;
Выбираем С 7: КМ-6-М1500-0,011 мкФ.
;
б) Выходная цепь и фильтр-пробка (C 9, C 10, L 7, рис. 8).
;
R 1вых= R 1вых УЧ=180,013 Ом.
Аналогично:
;
Выбираем С 11: К10-17-1-П33-17,68 пФ.
Емкость C 8 и индуктивность L 6 служат для защиты источника питания от токов высокой частоты. Номинал C 8 рассчитывается из соображений того, чтобы ее сопротивление по высокой частоте было крайне мало, а номинал L 6 выбирается таким, чтобы ее сопротивление по высокой частоте было велико. Номиналы L 2 и C 3 в п. 4.1.2. выбираются из аналогичных соображений.
;
Выбираем С 8: К10-17-1-П33-630 пФ.
;
Фильтр-пробка (C 9, C 10, L 7) служит одновременно для выделения колебаний двойной (выходной) частоты и подавления колебаний входной частоты, чтобы они не проходили на выход модуля АФАР. Делается это следующим образом. Индуктивность L 7 и емкость C 9 образуют последовательный колебательный контур, причем их номиналы подбираются так, чтобы резонансная частота этого контура ωрез посл совпадала с частотой входного колебания ωвх. Как известно, сопротивление последовательного колебательного контура на резонансной частоте равно нулю, и, следовательно, колебания входной частоты закорачиваются на землю и на выход модуля не попадают. В то же время, L 7 и C 10 тоже образуют колебательный контур, но параллельный, причем их номиналы подбираются так, чтобы резонансная частота этого контура ωрез паралл совпадала с частотой выходного колебания ωвых. Сопротивление параллельного колебательного контура на резонансной частоте стремится к бесконечности, поэтому колебания выходной частоты попадут на выход практически без потерь.
;
Выбираем С 10: К10-17-1-П33-8,8 пФ.
, где n =2 — коэффициент умножения частоты;
Выбираем С 9: К10-17-1-П33-26,5 пФ.
;
4.3. расчет СОГЛАСУЮЩих ЦЕПей
Расчет проведен с помощью программы MATCHL, разработанной на каф. 406.
4.3.1. расчет входной СОГЛАСУЮЩей Г-ЦЕПи
Импеданс генератора RS =50 Ом; XS =0;
Импеданс нагрузки RL = R 1вх УМ=0,523 Ом; XL = X 1вх УМ=4,492 Ом;
Ненагруженная добротность цепи=100;
;
;
X 1=-5,140664, X 2=0,5948922
Коэффициенты фильтрации второй и третьей гармоник:
K 2=67,46906 дБ; K 3=87,08565 дБ;
Контурный КПД: ηконт=0,902736;
Полоса пропускания 10,28133%.
;
;
Выбираем С 2: К10-17-1-П33-124 пФ.
4.3.2. расчет межкаскадной СОГЛАСУЮЩей Г-ЦЕПи
Импеданс генератора RS = R 1вых УМ=166,9 Ом; XS = X 1вых УМ=5,44 Ом;
Импеданс нагрузки RL = R 1вх УЧ=5,496 Ом; XL = X 1вх УЧ=-3,495 Ом;
Ненагруженная добротность цепи=55;
;
;
X 1=-30,62967, X 2=33,29518
Коэффициенты фильтрации второй и третьей гармоник:
K 2=55,77115 дБ; K 3=75,38773 дБ;
Контурный КПД: ηконт=0,9014694;
Полоса пропускания 18,45297%.
;
;
Выбираем С 6: К10-17-1-П33-5,2 пФ.
4.3.3. расчет выходной СОГЛАСУЮЩей П-ЦЕПи
а) Левая часть П-цепи
Импеданс генератора RS = R 1вых УЧ=180,0 Ом; XS = X 1вых УЧ=40,3 Ом;
Импеданс нагрузки RL =10,0 Ом; XL =0;
Ненагруженная добротность цепи=60;
;
;
X 1.1=-42,42937; X 2.1=42,31098;
Коэффициенты фильтрации второй и третьей гармоник:
K 2=50,30438 дБ; K 3=69,92097 дБ;
Контурный КПД: 
=0,9312816;
Полоса пропускания 24,25356%.
;
;
Выбираем С 12: К10-17-1-П33-7,5 пФ.
б) Правая часть П-цепи
Импеданс генератора RS =10,0 Ом; XS =0;
Импеданс нагрузки (RL =50,0 Ом; XL =0);
Ненагруженная добротность цепи=80;
;
;
X 1.2=-24.99998; X 2.2=20;
Коэффициенты фильтрации второй и третьей гармоник:
K 2=35,83519 дБ; K 3=55,45177 дБ;
Контурный КПД: 
=0,975;
Полоса пропускания 50%.
;
;
Выбираем С 13: К10-17-1-П33-12,7 пФ.
;
Общий контурный КПД: 
;
5. конструкция модуля АФАР
5.1. Выбор элементной базы
В принципе устройство может быть изготовлено с использованием микрополосковой технологии, поскольку в диапазоне 0,25… 1 ГГц такая технология применяется достаточно широко, но в нашем случае получается реализовать изделие на сосредоточенных элементах, поскольку нам удалось выбрать сосредоточенные резисторы и конденсаторы для данного диапазона частот (пп. 4.1. и 4.2.). Внешний вид и геометрические размеры выбранных элементов показаны на рис. 13… 17.
Так как стандартные индуктивности рассчитанных нами номиналов (пп. 4.1. и 4.2.) отсутствуют в номенклатуре элементной базы, производимой радиоэлектронной промышленностью, мы изготовим индуктивности из отрезков прямых проводников диаметром 0,5 мм.
Известно, что индуктивность L отрезка проводника круглого сечения длиной l равна
,
где d — диаметр проводника, причем d и l необходимо подставлять в сантиметрах, тогда L получится в нГн.
С помощью пакета Mathcad Professional 7 было проведено исследование зависимости индуктивности отрезка проводника круглого сечения от его длины для трех различных диаметров (d =0,5 мм (рис. П.1.1.), d =0,6 мм (рис. П.1.2.), d =1,0 мм (рис. П.1.2.), файлы ind05mm.mcd, ind06mm.mcd, ind1mm.mcd соответственно, см. Приложение 1).
Из представленных зависимостей видно, что для данного значения индуктивности (например, 30 нГн) самым коротким будет самый тонкий проводник (l =32,8 мм, (d =0,5 мм), l =34 мм, (d =0,6 мм), l =37,2 мм, (d =1 мм)).
Следовательно, индуктивности L 1, …, L 8 будем изготавливать из отрезков проводника диаметром d =0,5 мм. Длину отрезка будем вычислять по полученной номограмме (рис. П.1.1.). Таким образом,
L 1=0,378 нГн: 1,5 мм;
L 2=3,32 нГн: 6 мм;
L 3=31,83 нГн: 34 мм;
L 4=21,19 нГн: 25 мм;
L 5=34,98 нГн: 37 мм;
L 6=15,6 нГн: 19 мм;
L 7=11,46 нГн: 15 мм;
L 8=19,82 нГн: 23,5 мм.
5.2. Выбор типоразмера печатной платы
Исходя из жестких требований, предъявляемых к изделию (устанавливается на борту ЛА), в частности к его размерам и в особенности к массе, необходимо насколько возможно повысить плотность упаковки (интеграции) элементов на печатной плате, в связи с чем мы выбираем коэффициент дезинтеграции K д равным 2.
Для выбора типоразмера печатной платы необходимо вычислить суммарную площадь, занимаемую элементами, умножить ее на коэффициент дезинтеграции K д и из стандартного ряда типоразмеров выбрать плату равной или чуть большей площади. Площади, занимаемые элементами, приведены в табл. 1.
Суммарная площадь элементов:
S Σ=2(196·1+175·1+0,75·1+3·1+17·1+12,5·1+18,5·1+9,5·1+7,5·1+11,75·1+13,2·2+
+31,28·10+31,28·1+42,25·2)=1834,58 мм2.
Выбираем плату размером 3560 мм; S =2100 мм2.
5.3. Технология изготовления печатной платы
Печатную плату будем изготавливать субтрактивным методом, суть которого заключается в следующем. На поверхность фольгированной печатной платы наносится фоторезист, поверх которого размещается негативный фотошаблон, отражающий конфигурацию и расположение печатных проводников, т. е. имеющий прорези и отверстия в тех местах, где должны быть расположены токоведущие участки. Во время экспонирования эти участки окажутся засвеченными. После экспонирования фоторезист задубливают, т. е. помещают плату в специальный раствор, в котором засвеченные участки фоторезиста становятся нерастворимыми. После задубливания следует этап травления, в ходе которого незасвеченный фоторезист и фольга, находящаяся под ним, растворяются в травящем растворе. Потом остатки задубленного фоторезиста также удаляются. После смывания остатков фоторезиста плату высушивают, покрывают защитным лаком и устанавливают на нее элементы. В нашем случае вполне допустима пайка волной припоя, с тем условием, что транзисторы будут установлены отдельно — в последнюю очередь, т. к. они чувствительны к перегреву и имеют планарные выводы.
Таблица 1
| Элемент | Площадь, мм2 | Количество, шт. |
| Транзисторы | ||
| 2Т934А | S =196 мм2; | 1 |
| 2Т919А | S =175 мм2; | 1 |
| Индуктивности | ||
| L 1 | S =0,75 мм2; | 1 |
| L 2 | S =3 мм2; | 1 |
| L 3 | S =17 мм2; | 1 |
| L 4 | S =12,5 мм2; | 1 |
| L 5 | S =18,5 мм2; | 1 |
| L 6 | S =9,5 мм2; | 1 |
| L 7 | S =7,5 мм2; | 1 |
| L 8 | S =11,75 мм2; | 1 |
| Резисторы | ||
| С2-33Н | S =13,2 мм2; | 2 |
| Конденсаторы | ||
| К10-17-1-П33 | S =31,28 мм2; | 10 |
| К10-17-1-М750 | S =31,28 мм2; | 1 |
| КМ-6-М1500 | S =42,25 мм2; | 2 |
5.4. Конструкция корпуса модуля АФАР
Поскольку изделие устанавливается на борту ЛА и будет подвержено перепадам давления, целесообразно обеспечить герметизацию корпуса изделия с помощью эластичной прокладки. Помимо этого, бортовая аппаратура должна быть вибропрочной и виброустойчивой, и в то же время достаточно легкой. Исходя из этого, корпус модуля АФАР логично будет изготовить из алюминия методом литья.
Кроме того, в корпусе будут иметь место три отверстия для трех разъемов — двух высокочастотных (сигнальных) — входного и выходного и низкочастотного разъема для подачи питания. Все разъемы также из соображений виброустойчивости необходимо оснастить защелками, препятствующими произвольному рассоединению модуля и бортовых коммуникаций.
Печатная плата будет притянута к днищу корпуса четырьмя винтами, входящими в отверстия по углам платы и ввинчивающимися в четыре бобышки, составляющими единое целое с днищем корпуса. Помимо этого, для удобства размещения и закрепления модуля АФАР на борту ЛА, необходимо предусмотреть нечто вроде салазок, проходящих вдоль днища корпуса.
Для обеспечения ремонтопригодности корпус изделия надлежит сделать ограниченно разборным: щель между крышкой и основанием корпуса будет запаяна, а в шов будет проложена проволока, оканчивающаяся петлей. В случае необходимости проволоку можно будет вытянуть, разрушив пайку, и снять крышку корпуса.
